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台灣騷蟬(影片與相片)

賴鵬智
・2011/07/21 ・317字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 429 ・四年級
相關標籤: 蟬 (4) 騷蟬 (1)

此影片可全螢幕觀賞,如頻寬夠可在放映後點選更高畫素觀看,效果更佳。錄影器材:Panasonic HDC-HS700

仲夏時節,蟬聲騷騷。台灣騷蟬,昆蟲綱半翅目蟬科騷蟬屬,台灣就這麼一種騷蟬。分 佈廣泛,從都市到1200公尺的山區都有。牠的鳴聲應該是台灣人最熟悉的,到處可聽到,而高分貝鳴聲響徹雲霄,總要從天上叫下一大盆雨水才歇息。鳴聲聽起 來像是「癢癢癢癢癢癢癢癢」,而人癢起來要「搔癢」,從「搔」轉借到「騷」,於是聽到這聲音就知道是台灣騷蟬在叫,我是這麼記憶的。

學名:Pomponia linearis (Walker, 1850)

參考資料: 陳振祥(2004),「台灣賞蟬圖鑑」(含CD),大樹文化事業公司,台北市

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賴鵬智
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野FUN生態實業公司總經理

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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【成語科學】噤若寒蟬:為什麼蟬在冬天不會叫?
張之傑_96
・2023/10/18 ・1085字 ・閱讀時間約 2 分鐘

章老師寫這篇「噤若寒蟬」時,適逢 6 月初,住在美國東部的同學傳來十七年蟬的影片。一般的蟬,幼蟲在土裡生活 1-5 年;十七年蟬的幼蟲(若蟲)卻在地下生活 17 年!今年的大發生過後,下次是 2038 年。

十七年蟬大發生時,數以億計的蟬傾巢而出,鳴聲震天,排泄物落如雨下,這時人們出門都要打傘,在戶外舉行的婚禮、球賽和其他活動均被迫延期或改在室內。

十七年蟬大發生時,數以億計的蟬傾巢而出,鳴聲震天。圖/giphy

不過喧鬧不出 3 個星期,十七年蟬交配、產卵後就會死去,新的一輪生命週期又開始了。

蟬屬於半翅目、蟬科。一般的蟬,不會像十七年蟬般集體行動。到了夏季,幼蟲陸續的從土裡鑽出來,然後爬到樹上,抓著樹幹,脫掉蟬殼(蟬蛻),羽化為成蟲。蟬的成蟲壽命很短,通常不到一個月。雄蟬羽化出來後,一俟翅膀硬了,就開始大聲鳴叫,用來吸引雌蟬。雌蟬沒有發聲器官,不會鳴叫。

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日本暮蟬。圖/wikipedia

雄蟬的腹部有一對鳴器,裡面有發音肌、鼓膜和共鳴室。雄蟬求偶鳴叫時,發音肌會不停的收縮,使鼓膜上下振動,有如打鼓般發出聲響;共鳴室則有如擴音器,使鳴聲擴大。

蟬的發聲,和直翅目的蟋蟀、螽斯、蝗蟲不同,牠們以磨擦翅膀發聲。蟋蟀、螽斯的翅基部,有一條橫脈,上頭有齒,稱為「音銼」,左右翅磨擦,就會發聲。蝗蟲則是利用牠的腿節內側和前翅縱脈,互相摩擦而發聲。

當雌蟬被雄蟬的鳴聲吸引過來,交配過後,雌蟬將卵產在小樹枝上,夏季時大約經過一個月就可以孵化成幼蟲。接下去,幼蟲落到地面,鑽入土中,吸取植物根部的養分,經過若干年(視種類而異),才能長大成熟,然後鑽出地面,羽化為成蟲。

蟬經過若干年才能長大成熟,羽化為成蟲。圖/giphy

蟬是夏季活動的動物,從初夏到初秋,蟬的幼蟲陸續鑽出地面,羽化為成蟲,使得整個夏季都可聽到蟬聲。秋季才羽化的蟬,通常鳴聲較弱,如果天氣突然轉冷,就會凍得不再鳴叫,這個自然現象衍生為成語「噤若寒蟬」,比喻因某種原因而不再出聲。讓我們造兩個句吧。

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極權國家沒有言論自由,人們噤若寒蟬,不敢隨便發表意見。

爸爸嚴肅的眼神一掃過來,我們就噤若寒蟬,再也不敢吵鬧。

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仲夏不寧靜,「 17 年蟬」大舉回歸美國
DQ地球圖輯隊_96
・2021/06/25 ・1709字 ・閱讀時間約 3 分鐘

今年( 2020),美國某些州注定要度過一個震耳欲聾的夏天。

百萬雄兵登陸美國

COVID – 19 (武漢肺炎)疫情還沒結束,今年 ( 2020 ) 夏天美國部分地區還有另一場重頭戲正在等著上演。不過好消息是,這場重頭戲幾乎可以說是人畜無害,還有可能為糟糕的 2020 年帶來一場夏日饗宴。

按照規律,今年 ( 2020 ) 美國維吉尼亞州西南部、北卡羅萊納州及西維吉尼亞州的夏天,將被大批「 17 年蟬」攻佔,注定度過一個不平靜的夏天。維吉尼亞理工學院暨州立大學 (Virginia Polytechnic Institute and State University) 昆蟲學系的戴伊 (Eric Day) 教授預測:「大批 17 年蟬出沒的農場及社區,今年 ( 2020 ) 可能會遇上一點噪音問題。」

美國伊利諾伊州波普郡的週期蟬。圖/Wikipedia

壽命最長昆蟲, 17 年就見這一面

周期蟬 (periodical cicadas) 主要分布於北美洲,依照生命周期長短不同,還能細分為「 13 年蟬」及「 17 年蟬」,其中 17 年蟬可以說是全球最長壽的昆蟲,壽命就如其名,可以長達 17 年。

不過在這 17 年裡, 17 年蟬們大多以若蟲[註]的型態生活於土壤中,花費 17 年的時間轉變為成蟲,破土而出。然而,出土後的 17 年蟬,將在接下來 2-4 周完成產卵後迅速死亡,結束一生。

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17 年蟬,紅色的大眼是牠們外觀上的重要特徵。圖/Wikipedia

編號第九群,參上!

依照不同的起訖年份及影響地區,現存的 17 年蟬共可分為 15 個不同的群體。

今夏 ( 2020 ) 預計要破土而出的是第 9 群,預計受影響地區則是前述的維吉尼亞、北卡羅萊納和西維吉尼亞州,上回牠們破土而出的時間恰恰是在 2003 年的夏天。

美國農業部林務局發佈各期週期蟬出現的繁殖地點和時間。圖/Wikipedia

為什麼是 17 年和 13 年?

至今,昆蟲學家們也沒能清楚解釋為何兩種蟬的生命周期偏偏就是 17 年和 13 年,但昆蟲學家們猜測這可能和躲避天敵有關。

由於 17 年蟬每回現身數量龐大,很容易就成為天敵們眼中的佳餚,因此 17 年蟬逐漸演化出超長生命周期,避免和天敵的生命周期重疊,提高存活率。

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果農的大麻煩

對果農來說,17 年蟬的生命周期表示每 17 年他們就會遇上一回大麻煩,因為牠們每每出現,數量必定是成千上萬。根據昆蟲學家的換算,今年受影響地區每畝的 17 年蟬數量將高達 150 萬隻。

17 年蟬的母蟬在產卵時會將卵產在樹枝內部,很容易導致那段樹枝上的樹葉全數枯萎。對大型樹木來說影響不大,但是對樹苗來說是非常大的負擔,枯萎的樹枝太多,有時候甚至會導致樹苗死亡,造成果農的損失。

17 年蟬可以稱得上人畜無害;但在果農眼中, 17 年蟬就是 17 年一回的大麻煩。圖/Wikipedia

前兩年盡量別種樹苗

許多昆蟲學家都會建議果農以及種樹者,在本地 17 年蟬出沒前 1 – 2 年盡量不要種植樹苗,免得屆時白白損失血汗錢。如果種了,還是可以透過殺蟲劑等方式防治,但是效果通常不明顯,因為 17 年蟬的數量實在是太多了。

除此之外,對一般人來說,17 年蟬可以說是人畜無害,就是稍微吵雜了一點,維吉尼亞理工大學在一篇文章中,將大群 17 年蟬的叫聲比喻為「整片田野像訊號沒有調準的汽車收音機」。

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17 年不到就急著亮相?

然而,最近昆蟲學家逐漸觀察到 17 年蟬常常提早數年破土而出的現象。實際原因仍然不清楚,但昆蟲學家推測可能和氣候變遷有關。

對於即將來臨的夏天,昆蟲專家戴伊告訴受影響地區的人們:「希望對蟬鳴感到厭煩的人,可以因為這項活動有多麼難得及令人驚艷而稍微紓解他們的情緒。」

註解

若蟲是指不完全變態昆蟲在幼蟲階段的稱呼。

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台灣騷蟬(影片與相片)
賴鵬智
・2011/07/21 ・317字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 429 ・四年級
相關標籤: 蟬 (4) 騷蟬 (1)

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仲夏時節,蟬聲騷騷。台灣騷蟬,昆蟲綱半翅目蟬科騷蟬屬,台灣就這麼一種騷蟬。分 佈廣泛,從都市到1200公尺的山區都有。牠的鳴聲應該是台灣人最熟悉的,到處可聽到,而高分貝鳴聲響徹雲霄,總要從天上叫下一大盆雨水才歇息。鳴聲聽起 來像是「癢癢癢癢癢癢癢癢」,而人癢起來要「搔癢」,從「搔」轉借到「騷」,於是聽到這聲音就知道是台灣騷蟬在叫,我是這麼記憶的。

學名:Pomponia linearis (Walker, 1850)

參考資料: 陳振祥(2004),「台灣賞蟬圖鑑」(含CD),大樹文化事業公司,台北市

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